TCP连接管理——三次握手和四次挥手

客户端状态服务端状态CLOSEDCLOSEDSYN_SENTLISTENSYN_RCVDFIN_WAIT_1FIN_WAIT_2CLOSE_WAITTIME_WAITLAST_ACKCLOSEDCLOSED。

likuoelie

983人浏览 · 2025-12-29 20:59:47

likuoelie · 2025-12-29 20:59:47 发布

TCP连接管理：三次握手与四次挥手详解

TCP（Transmission Control Protocol）是一种面向连接、可靠的传输层协议。在数据传输前必须建立连接，传输结束后必须释放连接。这个过程分别由三次握手（Three-Way Handshake）和四次挥手（Four-Way Handshake）完成。

1. TCP报文段首部关键字段

理解握手和挥手前，先记住以下6个关键控制位（flags）：

字段	含义	作用场景
SYN	同步序列号（Synchronize）	发起连接请求
ACK	确认（Acknowledgment）	确认收到对方报文
FIN	结束（Finish）	请求释放连接
RST	复位（Reset）	异常中断连接
PSH	推送（Push）	尽快交付应用层
URG	紧急（Urgent）	紧急数据

另外两个重要字段：

seq（Sequence Number）：本方发送数据的起始序号
ack（Acknowledgment Number）：期待收到的对方下一个字节的序号（即已确认收到 ack-1 之前的字节）

2. 三次握手（建立连接）

目的：双方确认彼此的发送能力和接收能力正常，并协商初始序号（ISN）。

过程图示：

客户端                          服务端
   |   SYN (seq=x)                  |
   |------------------------------>|
   |   SYN+ACK (seq=y, ack=x+1)      |
   |<------------------------------|
   |   ACK (seq=x+1, ack=y+1)        |
   |------------------------------>|

详细步骤：

第一次握手（SYN）
客户端发送 SYN 报文：
- SYN=1
- seq = x（客户端随机初始序号）
- ACK=0（此时还没确认）
  客户端进入 SYN_SENT 状态。
  → 告诉服务端：“我想和你建立连接，我的初始序号是 x”
第二次握手（SYN+ACK）
服务端收到 SYN 后回复：
- SYN=1, ACK=1
- seq = y（服务端随机初始序号）
- ack = x+1（确认收到客户端的 SYN，期待下一个序号为 x+1）
  服务端进入 SYN_RCVD 状态。
  → 告诉客户端：“我同意建立连接，我的初始序号是 y，我已收到你的 SYN”
第三次握手（ACK）
客户端收到 SYN+ACK 后发送最终确认：
- SYN=0, ACK=1
- seq = x+1
- ack = y+1
  双方都进入 ESTABLISHED 状态，可以开始传输数据。

为什么是三次而不是两次？
两次握手只能确认客户端→服务端的单向通信能力，无法确认服务端→客户端的通道是否正常（旧的重复 SYN 可能导致服务端误以为是新连接）。三次握手确保双方都能正常收发。

3. 四次挥手（释放连接）

目的：确保双方都有机会优雅地关闭连接，数据都能可靠送达（半关闭特性：支持单方向先关闭）。

过程图示（假设客户端主动关闭）：

客户端                          服务端
   |   FIN (seq=a)                  |
   |------------------------------>|
   |   ACK (ack=a+1)                 |
   |<------------------------------|
   |                                |  （服务端可能还有数据要发）
   |   （可能收到数据）              |
   |<------------------------------|
   |   FIN (seq=b)                  |
   |<------------------------------|
   |   ACK (ack=b+1)                 |
   |------------------------------>|

详细步骤：

第一次挥手（客户端发送 FIN）
客户端数据发送完毕，发送 FIN 报文：
- FIN=1, seq=a
  客户端进入 FIN_WAIT_1 状态。
  → “我发完了，你还有数据要发吗？”
第二次挥手（服务端回复 ACK）
服务端收到 FIN，立刻回复确认：
- ACK=1, ack=a+1
  服务端进入 CLOSE_WAIT 状态。
  客户端收到后进入 FIN_WAIT_2 状态。
  → “我收到你发完的通知了，但我要处理完剩余数据”
注意：此时连接处于半关闭状态，客户端不再发送数据，但仍能接收服务端数据。
第三次挥手（服务端发送 FIN）
服务端处理完所有数据后，发送自己的 FIN：
- FIN=1, seq=b
  服务端进入 LAST_ACK 状态。
  → “我也发完了，可以关闭了”
第四次挥手（客户端回复 ACK）
客户端收到服务端 FIN 后回复最终确认：
- ACK=1, ack=b+1
  客户端进入 TIME_WAIT 状态，等待 2MSL（最大报文生存时间，通常 1-4 分钟）后才完全关闭。
  服务端收到 ACK 后立即进入 CLOSED 状态。